MIKä ON SUPERMASSIIVINEN MUSTA REIKä?

Send

Englantilaiset tähtitieteilijät Donald Lynden-Bell ja Martin Rees olettivat vuonna 1971, että supermassiivinen musta aukko (SMBH) on Linnunradan galaksin keskipisteessä. Tämä perustui heidän työhönsä radiogalaksien kanssa, mikä osoitti, että näiden esineiden säteilemät valtavat määrät energiaa johtuivat kaasun ja aineen kertymisestä niiden keskellä olevaan mustaan reikään.

Vuoteen 1974 mennessä ensimmäiset todisteet tästä SMBH: sta löydettiin, kun tähtitieteilijät havaitsivat massiivisen radiolähteen, joka tuli galaksiamme keskustasta. Tämä alue, jonka he kutsuivat Jousimieheksi A *, on yli 10 miljoonaa kertaa niin massiivinen kuin oma aurinko. Löytöstään lähtien tähtitieteilijät ovat löytäneet todisteita siitä, että havaittavissa olevan maailmankaikkeuden spiraali- ja elliptisten galaksien keskuksissa on supermassiivisia mustia reikiä.

Kuvaus:

Supermassiiviset mustat aukot (SMBH) eroavat pienemmän massan mustista reikistä monin tavoin. Ensinnäkin, koska SMBH: n massa on paljon suurempi kuin pienemmissä mustissa reikissä, niiden keskimääräinen tiheys on myös alhaisempi. Tämä johtuu siitä, että kaikissa pallomaisissa kohteissa tilavuus on suoraan verrannollinen säteen kuutioon, kun taas mustan aukon minimitiheys on käänteisesti verrannollinen massan neliöön.

Lisäksi vuorovesivoimat tapahtumahorisontin lähellä ovat huomattavasti heikompia massiivisten mustien reikien kohdalla. Kuten tiheydessä, vuorovesivoima kehoon tapahtumahorisontissa on kääntäen verrannollinen massan neliöön. Sellaisenaan esineellä ei olisi merkittävää vuorovesivoimaa, ennen kuin se oli hyvin syvässä mustassa aukossa.

Muodostus:

Miten SMBH: t muodostuvat, käydään edelleen paljon tieteellistä keskustelua. Astrofysiikot uskovat suurelta osin, että ne ovat seurausta mustan aukon sulautumisista ja aineen lisääntymisestä. Mutta mistä näiden mustien reikien "siemenet" (ts. Esi-isät) tulivat, on erimielisyyksiä. Tällä hetkellä ilmeisin hypoteesi on, että ne ovat räjähtäneiden useiden massiivisten tähtien jäännöksiä, jotka muodostuivat aineen lisääntyessä galaktisen keskuksen alueelle.

Toinen teoria on, että ennen ensimmäisiä tähtiä, jotka muodostuivat galaksissamme, suuri kaasupilvi romahti ”qausi-tähdeksi”, josta tuli epävakaa säteittäisissä häiriöissä. Sitten se muuttui noin 20 aurinko-massan mustaksi reikäksi ilman supernoova-räjähdyksen tarvetta. Ajan myötä se nopeasti kiihtyi massaksi, jotta siitä tuli välituote ja sitten supermassiivinen musta reikä.

Vielä yhdessä mallissa tiheä tähtiklusteri kokenut ytimen romahtamisen ytimen nopeuden hajaantumisen seurauksena, mikä tapahtui relativistisilla nopeuksilla negatiivisen lämpökapasiteetin takia. Viimeiseksi on teoria, jonka mukaan alkuperäiset mustat aukot ovat saattaneet tuottaa suoraan ulkoisella paineella heti ison iskun jälkeen. Nämä ja muut teoriat pysyvät toistaiseksi teoreettisina.

Jousimies A *:

Useat todistussarjat osoittavat SMBH: n olemassaolon galaksin keskipisteessä. Vaikka Jousimies A *: sta ei ole tehty suoria havaintoja, sen läsnäolo on päätelty sen vaikutuksesta ympäröiviin esineisiin. Merkittävin näistä on S2, tähti, joka virtaa ellipsiradalla Jousimiehen A * -lähteen ympärille.

S2: n kiertorata on 15,2 vuotta ja se saavuttaa minimietäisyyden 18 miljardia km (11,18 miljardia mi, 120 AU) keskikohteen keskustasta. Vain supermassiivinen esine voisi ottaa sen huomioon, koska mitään muuta syytä ei voida havaita. Ja tähtitieteilijät ovat kyenneet tuottamaan arvioita kohteen koosta ja massasta S2: n kiertoradan parametrien perusteella.

Esimerkiksi S2: n liikkeet ovat johtaneet tähtitieteilijöitä laskemaan, että kiertoradallaansa olevassa esineessä on oltava vähintään 4,1 miljoonaa aurinkovoimassaa (8,2 × 10³³ tonnia; 9,04 × 10³³ US tonnia). Lisäksi tämän esineen säteen tulisi olla alle 120 AU, muuten S2 törmää siihen.

Kuitenkin parhaan todisteen tähän mennessä toimitti vuonna 2008 Max Planckin Maa-alueen fysiikan instituutti ja UCLAs Galactic Center Group. ESO: n erittäin suuren teleskoopin ja Keck-teleskoopin 16 vuoden aikana saamien tietojen avulla he pystyivät paitsi arvioimaan tarkasti etäisyyden galaksiamme keskipisteeseen (27 000 valovuotta maasta), mutta myös seuraamaan tähtiä kiertoradalla. siellä valtavalla tarkkuudella.

Kuten Max-Planck-instituutin ulkomaalaisfysiikan ryhmänjohtaja Reinhard Genzel kertoi:

“Epäilemättä kaikkein näyttävin osa pitkäaikaista tutkimustamme on, että se on toimittanut sen, mitä nykyisin pidetään parhaana empiirisenä näytönä siitä, että supermassiivisia mustia aukkoja todella esiintyy. Galaktisen keskuksen tähtien kiertoradat osoittavat, että neljän miljoonan aurinkomassan keskipitoisuuden on oltava musta aukko, ilman mitään kohtuullista epäilystä. "

Toinen merkki Jousimiehen A * läsnäolosta saapui 5. tammikuuta 2015, kun NASA raportoi ennätysmääräisestä röntgensäteen leimahduksesta, joka tuli galaksiamme keskustasta. Chandran röntgen observatorion lukemien perusteella he ilmoittivat päästöt, jotka olivat 400 kertaa tavallista kirkkaampia. Näiden ajateltiin olevan seurausta asteroidista putoamisesta mustaan reikään tai magneettikenttäviivojen takertumisesta siihen virtaavan kaasun sisään.

Muut galaksit:

Astronomit ovat myös löytäneet todisteita SMBH: ista muiden paikallisten ryhmien galaksien ja niiden ulkopuolella sijaitsevien galaksien keskellä. Näitä ovat lähellä oleva Andromeda-galaksi (M31) ja elliptinen galaksi M32 ja etäinen spiraaligalaksi NGC 4395. Tämä perustuu tosiasiaan, että tähdet ja kaasupilvet lähellä näiden galaksien keskustaa osoittavat havaittavissa olevan nopeuden nousun.

Toinen indikaatio on aktiivinen galaktinen ydin (AGN), jossa radioaktiivisten, mikroaaltouuni-, infrapuna-, optisten, ultraviolettien (UV), röntgen- ja gammasäteilyn aaltoalueiden massiiviset purskeet havaitaan ajoittain kylmäaineiden (kaasu ja pöly) alueilta ) suurempien galaksien keskellä. Vaikka säteily ei tule itse mustista reikistä, syyn uskotaan olevan niin massiivisella esineellä ympäröivään aineeseen.

Lyhyesti sanottuna, kaasun ja pölyn muodostumiseen erikoistuneet levyt ovat galaksien keskellä, jotka kiertävät supermassiivisia mustia reikiä ja syöttävät niitä asteittain. Tämän alueen uskomaton painovoima puristaa levyn materiaalia, kunnes se saavuttaa miljoonia kelvin-asteita, tuottaen kirkasta säteilyä ja sähkömagneettista energiaa. Kuuman materiaalin korona muodostaa myös lisäyslevyn yläpuolelle ja voi hajottaa fotonit röntgenenergioihin saakka.

SMBH-pyörivän magneettikentän ja lisääntymislevyn välinen vuorovaikutus luo myös voimakkaita magneettisuihkuja, jotka tulistavat materiaalia mustan aukon yläpuolella ja alapuolella relativistisilla nopeuksilla (ts. Merkittävän osan valonopeudesta). Nämä suihkut voivat ulottua satojen tuhansien valovuosien ajan ja ovat toisena mahdollisena havaitun säteilyn lähteenä.

Kun Andromeda Galaxy sulautuu omaamme muutamassa miljardissa vuodessa, sen keskellä oleva supermassiivinen musta aukko sulautuu omaamme, jolloin syntyy paljon massiivisempi ja voimakkaampi. Tämä vuorovaikutus todennäköisesti potkaisee useita tähtiä yhdistetystä galaksistamme (tuottaa huijareita tähtiä), ja aiheuttaa myös todennäköisen, että galaktinen ytimemme (joka on tällä hetkellä passiivinen) aktivoituu uudelleen.

Mustien reikien tutkimus on vielä alkuvaiheessa. Ja se, mitä olemme oppineet viime vuosikymmeninä yksin, on ollut sekä jännittävää että kunnioittavaa. Olipa niiden massa pienempi tai supermassiivinen, mustat aukot ovat olennainen osa maailmankaikkeuttamme ja niillä on aktiivinen rooli sen evoluutiossa.

Kuka tietää, mitä löydämme, kun vertaisimme syvemmälle maailmankaikkeuteen? Ehkä jonain päivänä meillä on tekniikka ja pelkkä kunnianhimo, jotta voimme yrittää huipulla tapahtumahorisontin alla. Voitteko kuvitella sen tapahtuvan?

Olemme kirjoittaneet monia mielenkiintoisia artikkeleita mustista reikistä täällä Space Magazine -lehdessä. Tässä on mitään kohtuullista epäilyä: Supermassiivinen musta reikä asuu galaksiamme keskipisteessä. Röntgenkuvauksen kaiku paljastaa supermassiivisen mustan reiän toruksen, kuinka punnitset supermassiivista mustaa reikää? Ota lämpötila, ja mitä tapahtuu, kun supermassiiviset mustat reiät törmäävät?

Tähtitiede Ohjaa myös joitain aiheeseen liittyviä jaksoja. Tässä on jakso 18: Mustat reiät suuret ja pienet ja jakso 98: kvasaarit.

Lisää tutkittavaa: Astronomy Castin jaksot kvaasarit ja mustat reiät suuret ja pienet.

Lähteet: